粉末燃料-氧燃燒器的制造方法
【專利說明】粉末燃料-氧燃燒器
[0001]政府利益聲明
本申請是根據(jù)美國能源部發(fā)布的合同DE-FC26-06NT42811在美國政府的支持下完成的。美國政府在本發(fā)明中有某些權(quán)利。
[0002]【背景技術(shù)】和

【發(fā)明內(nèi)容】

本公開涉及燃燒器組件，并且更具體地涉及氧-燃料燃燒器組件。更具體地，本公開涉及粉末固體燃料燃燒系統(tǒng)。許多類型的煤和其他固體燃料可以粉末形式被成功地燃燒。煤被磨成粉并且被傳遞到燃料-燃燒裝備并且此后在爐中被燃燒以產(chǎn)生熱量從而用于各種不同的工業(yè)目的。燃燒器被用來“點(diǎn)火”煤粉和其他粉末固體燃料。
[0003]氧-燃料燃燒是在減少由化石燃料的燃燒所產(chǎn)生的溫室氣體的整體計(jì)劃中的促進(jìn)性技術(shù)。利用純的或接近純的(>90% v/v)氧代替大氣空氣進(jìn)行燃燒，從燃料燃燒過程中去除了大氣氮(78% v/v)并且極大地減少了所排出的燃燒產(chǎn)物體積，對于相等的燃料輸入來說減少了 75%以上。從廢氣中消除了大氣氮使廢氣流中的所產(chǎn)生的H20和C02的濃度更大。這有利于通過各種手段，例如壓縮，來捕獲C02。(在整個業(yè)界，燃燒的廢氣產(chǎn)物也被稱為煙道氣，或爐氣)。
[0004]燃煤發(fā)電廠還利用大量的鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動的大氣空氣來將煤粉顆粒輸送到燃燒器。在行業(yè)中該輸送空氣的術(shù)語叫作“一次空氣”。在從這種過程消除大氣氮的所有努力中，還期望消除對這種用于粉末燃料的輸送的大氣空氣的使用。通過用調(diào)節(jié)后的再循環(huán)煙道氣代替一次空氣，粉末燃料將通過鼓風(fēng)機(jī)驅(qū)動的氣體流來輸送，這種氣體主要由C02構(gòu)成(>75%v/v)。再循環(huán)的煙道氣主要是惰性的，因此使得燃料由惰性氣體輸送并與之混合，從而增加了火焰不穩(wěn)定性、差燃燒性能和不可接受的污染物排放的可能性。
[0005]來自氧-燃料燃燒的、在準(zhǔn)備中經(jīng)過調(diào)節(jié)和清潔以用于再循環(huán)使用的煙道氣可包含超過75%的二氧化碳(C02)。C02是惰性氣體并且通常用于滅火器中。它在燃燒器混合和火焰區(qū)域中的存在會產(chǎn)生火焰不穩(wěn)定性、差燃燒性能、不可接受百分比的未燃燒燃料或者火焰的完全熄滅。而且，輸送C02會降低峰值火焰溫度，這會減少從火焰向鍋爐的輻射部分傳輸?shù)妮椛淠芰俊?br>[0006]需要一種燃燒器，其被設(shè)計(jì)為利用再循環(huán)煙道氣工作同時維持火焰穩(wěn)定性、增加峰值火焰溫度并產(chǎn)生行業(yè)接受的性能，從而提高用于燃燒化石燃料應(yīng)用的碳捕獲技術(shù)。
[0007]根據(jù)本公開，提供了用于將氧與流化的、粉末的固體燃料組合以產(chǎn)生火焰的燃燒器組件。該燃燒器組件包括適于接收氧氣流的一次氧供應(yīng)管和布置成延伸通過該一次氧供應(yīng)管以將流化的、粉末的固體燃料流傳送入火焰腔的固體燃料導(dǎo)管。
[0008]流過一次氧供應(yīng)管的氧穿過形成在或以其他方式安裝在固體燃料導(dǎo)管中的第一組氧噴射端口并且此后與穿過固體燃料導(dǎo)管的流化的、粉末的固體燃料混合。該第一組氧噴射端口被布置成使得流經(jīng)那里的氧基本上與固體燃料導(dǎo)管相切地進(jìn)入該固體燃料導(dǎo)管。
[0009]流過一次氧供應(yīng)管的氧還可穿過形成在或以其他方式安裝在固體燃料導(dǎo)管中的第二組氧噴射端口并且此后與穿過固體燃料導(dǎo)管的流化的、粉末的固體燃料混合。該第二組氧噴射端口被布置成使得流經(jīng)那里的氧主要是與固體燃料導(dǎo)管相切但還具有徑向分量地進(jìn)入該固體燃料導(dǎo)管。
[0010]因此，氧-燃料混合物在固體燃料導(dǎo)管的下游部分被建立并被排入火焰腔。該混合物在火焰腔內(nèi)被點(diǎn)燃從而產(chǎn)生火焰。
[0011]在本公開的說明性實(shí)施例中，固體燃料導(dǎo)管延伸進(jìn)入并穿過一次氧供應(yīng)管以限定了環(huán)形一次氧流動通道，該環(huán)形一次氧流動通道圍繞著固體燃料導(dǎo)管的環(huán)形外表面并沿著該外表面朝著通向火焰腔的方向延伸。氧流過該環(huán)形一次氧流動通道并到達(dá)在固體燃料導(dǎo)管的環(huán)形外表面中的氧噴射端口的進(jìn)口。
[0012]在一個實(shí)施例中，固體燃料導(dǎo)管包括固體燃料的導(dǎo)管和氧燃料噴嘴，該氧燃料噴嘴連接到固體燃料的導(dǎo)管或與該固體燃料的導(dǎo)管一體形成并且形成為包括氧噴射孔。氧和流化的、粉末的固體燃料在噴嘴中混合以建立可燃的混合物，此后該混合物被排入到火焰腔并被點(diǎn)燃以產(chǎn)生火焰。
[0013]在本公開的說明性實(shí)施例中，提供了用于將在一次氧導(dǎo)管中設(shè)置的一次氧流動通道中尚存的氧中的一些與被從固體燃料導(dǎo)管排入火焰腔的氧-燃料混合物混合的手段。在這種情況下，流過一次氧流動通道的氧的第一部分在燃料就要離開固體燃料導(dǎo)管之前與流化的、粉末的固體燃料流混合。流過一次氧流動通道的氧的剩余部分在位于固體燃料導(dǎo)管外部且接近在那里形成的氧-燃料出口開口的區(qū)域內(nèi)與充氧的流化的、粉末的固體燃料流混合，以提供補(bǔ)充氧到該充氧的燃料流并清掃可能形成或沉積在氧-燃料出口的端部處的灰等。
[0014]在其他的說明性實(shí)施例中，二次氧導(dǎo)管可圍繞一次氧供應(yīng)管設(shè)置，從而形成它們之間的二次氧通道。在這樣的實(shí)施例中，流過二次氧通道的氧在位于固體燃料導(dǎo)管外部且接近在該固體燃料導(dǎo)管中形成的氧-燃料出口開口的區(qū)域內(nèi)與充氧的流化的、粉末的固體燃料流混合，以提供補(bǔ)充氧給該充氧燃料流。
[0015]本領(lǐng)域技術(shù)人員將在考慮了下面對作為目前想到的本公開的最佳實(shí)施模式例舉的說明性實(shí)施例的具體描述后易于理解本公開的額外的特征。
【附圖說明】
[0016]圖1是用于將要在氧燃燒器單元內(nèi)點(diǎn)火的固體燃料進(jìn)行粉末化和流化的氧-燃料燃燒系統(tǒng)的示意圖；
圖2是說明性燃燒器組件的透視圖圖2是說明性燃燒器組件14的底部平面圖，該燃燒器組件14包括固體燃料導(dǎo)管28，圍繞該固體燃料導(dǎo)管的一部分的一次氧導(dǎo)管60，連接到一次氧導(dǎo)管并與之流體連通的一次氧進(jìn)口 76、圍繞一次氧導(dǎo)管的一部分的二次氧導(dǎo)管86、連接到二次氧導(dǎo)管并與之流體連通的二次氧進(jìn)口 98、點(diǎn)火器21、和火焰掃描器31 ；
圖3是圖2的說明性燃燒器組件的底部平面圖；
圖4是圖2的說明性燃燒器組件的端部圖；
圖5是圖2的說明性燃燒器組件的側(cè)面橫截面視圖，還包括設(shè)置在固體燃料導(dǎo)管內(nèi)的容積排量構(gòu)件100、設(shè)置在由固體燃料導(dǎo)管和一次氧導(dǎo)管限定的環(huán)形一次氧通道58內(nèi)的第一和第二穿孔一次氧分布環(huán)80、82、設(shè)置在由固體燃料導(dǎo)管28的下游端限定的燃料-氧噴嘴12的壁內(nèi)并延伸穿過該壁的第一和第二組一次氧噴嘴52、54、和覆蓋由一次氧導(dǎo)管和二次氧導(dǎo)管限定的環(huán)形二次氧通道96的端部的二次氧環(huán)90 ； 圖6是容積排量構(gòu)件100的側(cè)面立面圖；
圖7是容積排量構(gòu)件100與將該容積排量構(gòu)件定位在固體燃料導(dǎo)管內(nèi)的支撐銷114的端視圖；
圖8是設(shè)置在固體燃料導(dǎo)管的側(cè)壁內(nèi)的第一和第二組一次氧噴嘴52、54的細(xì)節(jié)圖；
圖9是第二組一次氧噴嘴54的端橫截面視圖，示出了它們圍繞著固體燃料導(dǎo)管的側(cè)壁的圓周的位置；
圖10是第一組一次氧噴嘴52的端橫截面視圖，示出了它們圍繞著固體燃料導(dǎo)管的側(cè)壁的圓周的位置；
圖11是穿孔的一次氧分布環(huán)80的端視圖；
圖12是噴嘴清掃環(huán)70的端視圖；
圖13是噴嘴清掃環(huán)70的側(cè)視